DE2113477A1 - Optischer Abtaster und Messanordnungen mit solchen optischen Abtastern - Google Patents

Optischer Abtaster und Messanordnungen mit solchen optischen Abtastern

Info

Publication number
DE2113477A1
DE2113477A1 DE19712113477 DE2113477A DE2113477A1 DE 2113477 A1 DE2113477 A1 DE 2113477A1 DE 19712113477 DE19712113477 DE 19712113477 DE 2113477 A DE2113477 A DE 2113477A DE 2113477 A1 DE2113477 A1 DE 2113477A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical
reflective
optical scanner
measuring
measuring bench
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19712113477
Other languages
English (en)
Inventor
Michel Lacombat
Raymond Marcy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of DE2113477A1 publication Critical patent/DE2113477A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02017—Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations
    • G01B9/02021—Interferometers characterised by the beam path configuration with multiple interactions between the target object and light beams, e.g. beam reflections occurring from different locations contacting different faces of object, e.g. opposite faces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02027—Two or more interferometric channels or interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00—Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/45—Multiple detectors for detecting interferometer signals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

Optischer Abtaster und Meßanordnungen mit solchen optischen Abtastern.
Die .Erfindung betrifft optische Abtaster, die es ermöglichen, die Stellung eines Teils mit großer Genauigkeit festzustellen Die optischen Abtaster weisen gegenüber den herkömmlichen mechanischen Abtastern den wichtigen Vorteil auf, daß die mit der Güte körperlicher Berührungen verbundenen Unsicherheiten beseitigt werden, denn diese Güte ist bei Meßanordnungen großer Präzisian durchaus unzureichend.
"Bi sind bereits optische Abtaster bekannt, bei denen die Interferometertechnik angewendet wird. Ihre Anwendung ist im allgemeinen schwierig, und die Deutung der von ihnen gelieferten Ergebnisse ist alles andere als leicht, da diese Deutung im wesentlichen in einer optischen Beobachtung von Interferenzstreifen besteht.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung von optischen Abtastern, die auf der Interferometertechnik beruhen und einerseits hinsichtlich des eigentlichen optischen Teils des Abtasters und andrerseits hinsichtlich des die Ergebnisse auswertenden 'Teils derart verbessert sind, daß die die Stellung de3 au messenden Teils betreffenden Informationen
i el/B
" 2" 211347?
praktisch eindeutig und mit sehr großer Genauigkeit erhalten werden -. Solche Abtaster sind sowohl bei Meßverfahren vorteilhaft, wie auch bei einfachen Stellungsanzeigeverfahren, mit denen die genaue lage von Teilen erhalten wird, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Mikroschaltungen notwendig ist.
Nach der Erfindung ist ein optischer Abtaster zur Anzeige des Längenunterachieds zwischen zwei optischen Wegen eines Michelson-Interferometers, dem eine Strahlungsenergie quelle zugeordnet ist, wobei die beiden optischen Wege zwischen einer halbreflektierenden Fläche und einer ersten bzw. einer zweiten reflektierenden Fläche enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergiequelle ein Emissionsspektrum aufweist, das zwei verschiedene Spektralbereiche umfaßt, daß zwei photoelektrische Wandleranordnungeu so angebracht sind, daß sie die von den Flächen reflektierten Energiebruchteile auffangen, daß eine Einrichtung zur periodischen Modulation der Länge eines der beiden Wege mit einer vorbestimmten Frequenz vorgesehen ist, daß eine bei dieser Frequenz arbeitende Synchrondemodulatoranordnung vorgesehen ist, deren Eingang die überlagerten Ausgangssignale der photoelektrischen Wandleranordnungen zugeführt werden, daß an den Eingang der Synchrondemodulatoranordnung eine Schwellenwert-Auslöseschaltung angeschlossen ist, welche eine Koinzidenzschaltung steuert, deren Signaleingang mit dem Ausgang der Synchrondemodulatoranordnung verbunden ist, daß der Ausgang der Koinzidenzschaltung mit einer Anzeigevorrichtung für den Längenunterschied verbunden ist, und daß die erste photoelektrische WandIeran Ordnung für den einen Spektralbereich und die zweite photoelektrische Wandleran Ordnung für den anderen Spektralbereich empfioälich sind.
1 Π % B k ] / Ί 2 Q 8
Eine Meßbank: mit optischen Abtastern der angegebenen Art für die Messung des Abstands zwischen den reflektierenden und zueinander parallelen Endflächen eines Gegenstands ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der beiden Enden der Meßbank ein optischer Abtaster angebracht ist, daß ein Schlitten entlang der Meßbank gleitbar ist, daß eine Interferometeranordnung zur genauen Messung der Verstellung des Schlittens vorgesehen ist, daß eine der reflektierenden Flächen des optischen Abtasters durch eine reflektierende Fläche des Gegenstands gebildet ist, daß die andere reflektierende Fläche des optischen Abtasters fest mit dem Schlitten verbunden ist, und daß die reflektierenden Flächen des Gegenstands senkrecht zu der Verstellrichtung des Schlittens liegen.
Solche optischen Abtaster sind besonders in den später beschriebenen besonderen Ausführungsformen vorteilhaft anwendbar. Sie ermöglichen die sehr genaue Messung der Längen von Teilen, wobei dann zwei solche Abtaster beispielsweise in einerLaser-Meßanordnung verwendet werden. Sie ermöglichen auch die Feststellung der Lage von Teilen mit großer Präzision, was beispielsweise bei der Herstellung von Mikroschaltungen sehr nützlich ist; in diesem Fall wird ein optischer Abtaster auf der Fertigungsmaschine voreingestellt, und das Teil wird in Bezug auf den optischen Abtaster stets an die gleiche Stelle gebracht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:
Fig.1 das Prinzipschema einer ersten Aueführungsform eines optischen Abtasters nach der Erfindung und der zugehörigen Schaltungen,
Fig.2 Diagramme der Form von Signalen, die an verschiedenen Punkten der elektronischen Schaltungen erhalten werden,
109841/1298
die dem optischen ibtaster von Fig.1 zugeordnet sind,
Pig.3 eine schematische Seitenansicht einer interferometrischen Meßanordnung mit optischen Abtastern nach der Erfindung,
Pig.4 eine Vorderansicht der Meßanordnung von Fig.3,
Fig.5 eine sehematische Darstellung einer Meßanordnung,
bei der optische Abtaster nach der Erfindung verwendet werden, und
Pig.6a und 6b eine schematische Darstellung einer,anderen Anwendungsart der in Pig.5 dargestellten optischen Abtaster.
Fig.1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des optischen Abtasters nach der Erfindung und der zugehörigen Schaltungen.
Ein Teil 1 mit einer reflektierenden Fläche 2 ist beispielsweise auf ein Gestell 3 aufgelegt. Es besteht die Aufgabe, einen "optischen Kontakt" zwischen dem im wesentlichen durch die optische Anordnung 4 gebildeten optischen Abtaster und. der reflektierenden Fläche 2 des Teils 1 herzustellen, W fl.h.« j« nach dem betreffenden Anwendungsfall entweder den
Abtaster 4 in Bezug auf die Fläche 2 oder umgekehrt so einzustellen, daß die Stellung des Abtasters 4 die Stellung der Fläche 2 mit großer Präzision anzeigt. Da bei einem solchen "-optischen Kontakt" jede körperliche Berührung vermieden wird, sind auch deren Nachteile beseitigt.
Der optische Abtaster enthält ein Michelson-Interferometer, dessen einer Spiegel durch die Fläche 2 des zu messenden Teils gebildet ist. Ein zweiter Spiegel 5 bildet beispielsweise den
108841/ 1238
Beζugsspiegel des Interferometers. Eine Lichtquelle 6 beleuchtet die beiden Spiegel über eine halbreflektierende Platte 7. Ein opto-elektrischer Detektor 8 gibt ein Signal ab, das den Vprbeigang der Interferenzstreifen darstellt, welche der Änderung des Laufzeitunterschiedes zwischen dem Bezugs zweig und dem Meßzweig des Interferometers entspricht, d.h. zwischen den auf den Spiegel 5 bzw. auf den Spiegel 2 auftreffenden Lichtbündeln.
Die das Interferometer des Abtasters 4 beleuchtende Lichtquelle 6 hat eine ausreichend große spektrale Bandbreite, daß die Amplitude der vom Detektor 8 festgestellten Interferenzstreifen schnell abnimmt, wenn sich die-relative Lage des Abtasters 4 und des Teils 1 von der Lage entfernt, für welche der optische Kontakt stattfindet, d.h. von der Lage, für welche die Laufzeitdifferenz zwischen dem Meßzweig und dem Bezugszweig des Interferometers Null ist, was zu einem weißen Interferenz-Streifen maximaler Helligkeit führt.
Zur Erzielung einer geeigneten spektralen Bandbreite besteht die Lichtquelle 6 vorzugsweise aus zwei Quellen 9 und 10 mit verschiedenen Emissionsspektren und verschiedenen spektralen Emissiοnsband breiten, beispielsweise aus einer Wasserstofflampe, die zwischen 0,36 und 0,6 u emittiert, und einer Wolfram-Jod-Lampe mit einer Emission zwischen 0,6 und 2,5 ii. Eine halbreflektierende Platte 11 ermöglicht das Mischen der beiden Strahlungen. Zur Berücksichtigung der spektralen Bandbreite dieser zusammengesetzten Quelle ist ea vorteilhaft, die Interferenzstreifen auf zwei verschiedenen Detektoren 8 und 12 zu empfangen, die jeweils an das Emissionsspektrum einer der beiden Quellen angepaßt sind. Der Detektor , welcher der Wasserstofflampe zugeordnet ist, deren Emissionsbereich im sichtbaren Spektrum liegt, ist beispielsweise ein klassischer Photovervielfacher, während
der der Wolfram-Jod-Larape zugeordnete Detektor eine BleisulfiäzelIe ist.
Fig.2a zeigt die Form der Signale, die an dem kombinierten Ausgang 13 der beiden Detektoren 8 und 12 erhalten werden und den Interferenzstreifen entsprechen, die bei einer relativen Verstellung des Abtasters 4 und der reflektierenden Fläche 2 zu beiden Seiten der dem optischen Kontakt entsprechenden Stellung 0 festgestellt werden.
Diese Kurve zeigt, daß der dem optischen Kontakt und damit der gewünschten Messung entsprechende zentrale Interferenzstreifen sich sehr deutlich von den benachbarten Interferenzstreifen unterscheidet. Seine Breite Js liegt in der Größenordnung von OJ a,
Dieses Signal macht es jedoch schwierig, die Lage der Fläche 2 , die dem Scheitelpunkt O des zentralen Interferenzstreifens entspricht, mit ausreichender Genauigkeit festzustellen. In der Umgebung des Nullpunkts ist nämlich die Amplitudenänderung für eine Verstellung χ von einem Zehntel Mikron sehr gering.
Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit ist in den einen Weg des Interferometers ein Phasenschieberglied eingefügt, das von einem Steueroszillator moduliert wird. Eine Synchrondemodttlation des erhaltenen Signals ergibt ein Signal, das sieh zu Ibiden Seiten des Nullpunkts schnell ändert, wie es Ib Fig.2b dargestellt ist.
Bei des Äszsführungsbeispiel iron i*ig.1 ist dieses modulierte
Phasenschieber glied mit Hilfe des Bezugs spiegsls 5 des loter= feroEeters gebildet«, Zu dieses Zweck ist dieser Spiegel li fest mit pi©Eo@l©ktEigoließ KeraEi&ts öl® too eiraeES Steüssegsillstor 13 ge
s® 50 Es bs
— T —
Dadurch wird eine geringfügige Verstellung des Spiegels um seine Mittelstellung erzeugt und die optische Weglänge des von dem Spiegel reflektierten Licht bündeis geändert. Ein Synchrondemodulator 16, der von dem Oszillator 15 gesteuert wird, demoduliert das von den beiden opto-elektrischen Detektoren 8 und 12 gelieferte Signal und gibt ein Signal ab, das dem Signal b von Pig.2 entspricht. Die Breite des praktisch linearen mittleren Abschnitts dieser Kurve liegt in der Größenordnung von 0,3 Ji. Durch Interpolation auf 1 Zehntel,was durchaus sinnvoll und möglich ist, kann die lage der Fläche 2 mit einer Genauigkeit von etwa 0,03 W festgestellt werden.
Um die Peststellung des optischen Kontakts noch weiter zu erleichtern, werden die den nutzbaren mittleren Teil des Signals b von Fig.2 umgebenden Störsignale unterdrückt. Zu diesem Zweck wird das am Ausgang des Demodulators 16 erhaltene Signal b einerTorschaltung 17 zugeführt, deren Öffnen durch eine Schwellenwertschaltung 18, beispielsweise eine e /nmitt-Kippschaltung gesteuert wird, welche das von den Detektoren 8 und '12 abgegebene Signal a empfängt. Der Schwellenwert dieser Schaltung entspricht den Werten S und S1, die den linearen Abschnitt der Kurve b begrenzen. Das von dieser Schwellenwertschaltung abgegebene Signal hat die Form der Kurve d von Fig.2, und die. Torschaltung 17 ist geöffnet, wenn die Amplitude des Signals a die Werte S, S1 übersteigt. Das von der Torschaltung 17 gelieferte Signal hat die Form der Kurve c von Fig.2; es wird beispielsweise an ein Voltmeter 19 angelegt, dessen Nullpunkt den optischen Kontakt kennzeichnet.
Die Schwellenwertschaltung 18 kann ferner das Aufleuchten von Signallampen steuern, welche die Auswertung der Messungen erleichtern. Beispielsweise entspricht das Aufleuchten einer grünen Lampe beim Auslösen der Schwellenwertschaltung 18 dem
109841/1298
Öffnen der Torschaltung 17, während das Aufleuchten einer roten Lampe im Ruhezustand der Schwellenwertschaltung 18 dem Schließen der Torschaltung entspricht. Diese Lampen zeigen somit den Zeitpunkt an, in dem die Laufzeitdifferenz so klein ist, daß die Stellung der Fläche 2 mit Hilfe des Voltmeters 19 genau festgestellt werden kann.
Zur Verbesserung der Torrn der Signale von Fig.2 kann man ein Filter 20 vorsehen,das im Weg des von der Quelle 6 abgegebenen Licht bündeis angebracht wird. Dieses Filter korrigiert die Schwankungen der Intensität der Lichtquellen und der Empfindlichkeit der Empfänger als Funktion der Wellenlänge.
»Obgleich die Lichtquellen 9 und 10 nicht kohärent sind ist es im Hinblick auf die für den Betrieb des Systems erforderliche geringe Lichtintensität möglich, punktförmige Quellen von kleinem Durchmesser zu definieren, die es mit Hilfe von Linsen 21, 22 ermöglichen, ein geringfügig divergentes Lichtbündel zu realisieren.las Meßbüodel, das auf die Fläche 2 auftrifft, kann verhältnismäßig breit und praktisch parallel sein. Dieses Bündel bedeckt somit einen verhältnismäßig großen Teil der Fläche 2 (sein Durchmesser liegt beispielsweise in der Größenordnung von 10mm), wodurch die Auswirkung örtlicher Schwankungen des ReflexionskoeffMents dieser Fläche beseitigt wird, im Gegensatz zu gewissen bekannten optischen Abtastern, die einen Meßpunkt von sehr kleinem Durchmesser ermöglichen, so daß diese Schwankungen sehr störend sind.
Wie bereits erwähnt wurde, eignen sich solche Abtaster insbesondere für zwei Anwendungsfälle. Der erste Anwendungsfall, der beispielsweise bei der Herstellung von Mikroschaltungen auftritt, besteht darin, daß der optische
Abtaster zur genauen Lagefeststellung von Werkstücken dient und an der lert igung s maschine montiert ist, beispielsweise auf einem beweglichen Schlitten. Ein erstes Werkstück wird mit großer Genauigkeit auf dieser Maschine eingestellt. Dann wird der Abtaster in optischen. Kontakt mit einer reflektierenden Fläche dieses Werkstücks gebracht, und er bleibt dann in dieser Stellung.Es ist dann sehr leicht und schnell möglich, weitere Werkstücke in der gleichen Weise und mit sehr großer Genauigkeit einzustellen. Eine Kombination von mehreren beweglichen Abtastern in mehreren Koordinatenrichtungen ermöglicht eine vollständige Einstellung dieser Werkstücke.
Ein zweiter Anwendungsfall für diese optischen Abtaster ist die Längenmessung, beispielsweise mit Hilfe von Laser-Meßverfahren.
In Pig,3 und 4 ist schematisch eine an sich bekannte Vakuura-Laser-Meßbank dargestellt, bei der die Genauigkeit der Messungen durch dieVerwendung von optischen Abtastern nach der Erfindung verbessert wird.
Die Meßbank enthält insbesondere ein Gestell 30 aus stabilisiertem Gußeisen, auf dem ein beweglicher Schlitten 3i verstellbar ist, der die Bestimmung der Länge L eines Teils 32 zwischen zwei optischen Abtastern 33 und 34 ermöglicht, sowie ein an der Oberseite mit einem Schlitz versehenes Rohr 3.5, das ein Michelson-Interferometer mit zwei Prismen 36 und 37 enthält und über zwei Stützm 38 und 39 mit dem Gestell 30 verbunden ist.
Das bewegliche Prisma 36 ist fe3t mit einer starren Platte verbunden, die durch den an der Oberseite des Rohres 35 angebrachten Längsschlitz geht. Diese Platte Ist'mit dem
109841/1290
beweglichen Schlitten 31 über ein Teil 301 verbunden, das eine große Steifigkeit in der Längsrichtung aufweist. Das feste Prisma 37 ist mit dem Gestell 30 über dne Stütze 40 verbunden, die durch das Rohr 35 hindurchgeht, ohne damit starr verbunden zu sein. Eine bewegliche Membran 4-1, die zwischen dem Rohr 35 und der Stütze 40 angebracht ist, gewährleistet die Abdichtung und gleichzeitig eine mechanische Entkopplung zwischen diesen beiden Teilen. Eine Vakuumpumpe 42 ermöglicht die Ausbildung eines Vakuums in dem Rohr 35t damit das Meß-Interferometer von den vom Lufteinf-luß verursachten Störungen befreit wird. Die Abdichtung des Rohrs erfolgt auf der Höhe des an der Oberseite angebrachten Schlitzes durch eine biegsame Dichtung, durch die die Platte 300 hindurchgeht. Eine kohärente Lichtquelle 43, beispielsweise ein HeNe-Laser großer Stabilität, versorgt das Interferometer durch ein dichtes Fenster 44*
Die Messung der Länge L des Teils 32 erfolgt durch Zählen der Anzahl der Interferenzstreifen, die vor den in einer Anordnung 45 enthaltenen opto-elektrischen Detektoren vorbeigehen, wenn der bewegliche Schlitten 31 aus einer ersten Stellung, die einer Länge Null entspricht, in eine zweite Stellung verschoben wird, in welcher die beiden Abtaster 33 und 34 in optischem Kontakt mit den beiden entgegengesetzten Flächen des Teils 32 sind. Die Anordnung ist beispielsweise eine Interferenzstreifen-Vorwärts-und Rückwärts zählanordnung bekannter Art. Die von dieser Anordnung durchgeführten stufenweisen Längenmessungen werden vorzugsweise mit einem Meßquantua von Tt/n durchgeführt, wobei η größer als 2 ist, was durch eine Anordnung zur Erzeugung von verschachtelten Interferenzstreifen erreicht wird.
Fig.5 zeigt schema tisch eine Ausführungaform von optischen Abtastern nach der Erfindung, die besonders gut für die Messung der Länge L eines Teils 50 geeignet ist. In dieser
109841/1298
2i13477
Figur sind nur die für das Verständnis der Wirkungsweise wesentlichen TeiTß dargestellt. %
Eine Lichtquelle 6, die derjenigen von Fig.1 gleich ist, beleuchtet die beiden optischen Abtaster, die jeweils ein in besonderer Weise ausgeführtes Interferometer enthalten, wodurch auf einfache Weise die Messung des Nullpunktes und die Messung der Länge L ermöglicht wird.
Das in dem Rohr 35 von Fig.3 enthaltene Meß-Interferometer ist sehr schematisch durch seine beiden Prismen 36 und und den Laserstrahl dargestellt, der nach dem Durchgang durch das Interferometer von der Anordnung 45 von Fig.3 empfangen wird. In Fig.5 ist das bewegliche Prisma 36 in der ersten Stellung 51 dargestellt, die der Bestimmung des Nullpunkts entspricht, sowie in der zweiten Stellung 52, die der Messung der Länge L entspricht.
Jeder der beiden optischen Abtaster (33 und 34 in Fig.3) empfängt das von der Quelle 6 kommende Lichtbündel und wandelt dieses mit Hilfe eines Koster-Prisraas 53 bzw. 54 in zwei parallele Lichtbündel um« Einos der beiden so gebildeten Licht bündel wird von der entsprechenden reflektierenden Fläche 55 bzw. 56 des Teils 50 reflektiert, während das zweite Lichtbündel von einem von zwei Spiegeln 57 bzw. reflektiert wird, die über einen Teil ihrer reflektierenden Fläche durch molekulare Adhäsion aneinander kleben und derart fest mit dem beweglichen Prisma 36 des Keß-Interferoraeters verbunden sind, daß sie dessen Bewegungen mitmachen. Die aus den beiden optischen Abtastern 33 und 34 nach Reflexion an den Flächen 56, 58 bzw. 55» 57 austretenden Lichtbündel werden mit Hilfe von Schaltungen ausgewertet, die mit denjenigen von Fig.1 identisch und hier nicht dargestellt sind. Jedes Licht bündel wird dabei von zwei optoelektrischon Detektoren empfangen, dcusen A us gangs signale in
109841/1298
der zuvor beschriebenen Weise ausgewertet werden.
Die Modulation des optischen Wegs des einen der beiden Lichtbündel in federn Interferometer wird beispielsweise in etwas andrer V/eise als in Fig.1 erhalten. Eine in F ig.5 nicht dargestellte Platte mit parallelen Flächen ist im Weg eines der beiden reflektierten Lichtbündel Jedes Interferometers do angeordnet, daß sie gegen die Achse des Lichtbündels geneigt ist und um ihre Mittelstellung derart schwingt, daß sie einen periodisch veränderlichen Winkel mit dieser Achse einschließt. Die Schwingungen dieser Platten werden beispielsweise mit Hilfe von elektromechanischen Schwingern erzeugt, die auf die Platten einwirken und von dem Steueroszillator (15 in Fig.1) der den optischen Abtastern zugeordneten Schaltungen erregt werden.
• · In einem ersten Zeitabschnitt wird zur Nullpunk$sbestimmung die von den beiden Spiegeln 57 und 58 und dem beweglichen Prisma 36 gebildete Anordnung in die Stellung 51 gebracht, in welcher der optische Abtaster 33 den optischen Kontakt sswischen der reflektierenden Fläche " 56 des Teils 50 und der reflektierenden Fläche des
Spiegels 58 herstellt. Dieser optische Kontakt wird wie zuvor durch Beobachtung einer Nullanzeige auf dem Voltmeter der dem Abtaster 33 zugeordneten Schaltungen festgestellt. In diesem Augenblick wird die Interferenzstreifen-Zählanordnung 45, welche die Interferenzstreifen des eigentlichen Meßrlnterferometers auswertet, auf Null eingestellt.
In einem zweiten Zeitabschnitt wird die aus den beiden Spiegeln und dem beweglichen Prisma bestehende Anordnung in die Stellung 52 gebracht, in welcher der optische Abtaster 34 den optischen Kontakt zwischen der reflektierenden
109841/1298
Fläche 55 des Teils 50 und der reflektierenden Fläche des Spiegel 57 herstellt; dieser Kontakt wird wieder durch Beobachtung einer Nullanzeige auf dem Voltmeter der dem Abtaster 34 zugeordneten Schaltungen festgestellt.
Zwischen diesen beiden Vorgängen ist das Prisma 36 des Meß-Interferometers um die Strecke L verstellt worden, welche die beiden Flächen des Teils 50 voreinander trennt, und die Interferenzstreifen-Zählanordnung 45 zeigt die entsprechende Anzahl von Interferenzstreifen und den Interferenzstreifenbruchteil an, die während dieser Zeit vorbeigegangen sind.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß das zu messende Teil im Verlauf der Messungen nicht bewegt wird. Es genügt einfach, das zu messende Teil und den Abtaster 34 beim Beginn der Messung so einzustellen, daß der Abstand zwischen den Flächen dieses Teils und den Koster-Prismen in der Größenordnung von einigen Zentimetern liegt.
Ue jeden Meßfehler zu vermeiden, ist es notwendig, daß die parallel zu der zu messenden Länge liegende Achse des Teils genau parallel zu der Achse des Laserstrahls des Meß-Interferometers liegt. Die optischen Abtaster nach der Erfindung ermöglichen die Erzielung einer sehr großen PräHision bei der Einstellung des zu messenden Teils und insbesondere die Erzielung einer guten Parallelität zwischen der Achse des Teils und der Meßachse, d.h. der Achse des Meß-Laserbündels. Zu diesem Zweck genügt es, die von jedem Interferometer abgegebenen Licht bündel nach dem Anbringen des Teils 50 und vor der Durchführung der Messungen visuell zu beobachten. Wenn beispielsweise mit Hilfe von den In Fig.5 schematisch dargestellten Autolcollimationsfernrohren auf einem durchscheinenden Schirm
109841/1298
eine gleichförmige Beleuchtung oder ein gleichmäßiger Farbton beobachtet wird, bedeutet dies, daß die Achse des Teils praktisch parallel zu der Meßachse liegt. Die Beobachtung von Unregelmässigkeiten des Farbtons und der Beleuchtung bedeutet dagegen, daß die Achse des Teils nicht richtig ausgerichtet ist. Eine Korrektur dieser Ausrichtung bis zur Wiederherstellung des gleichmäßigen Farbtons ermöglicht die Behebung dieses Mangels.
Fig.6 zeigt sehr schematisch eine andere Ausführungsform von optischen Abtastern nach der Erfindung, die hier zu der Messung der Länge L eines Teils 60 verwendet werden, jedoch auch für eine einfache Stellungsanzeige verwendbar sind.
Bei dieser Ausführungsform enthält jeder Abtaster ein Interferometer der in Fig.1 gezeigten Art-, die Bugehörige Lichtquelle und die Auswerteschaltungen.
Die Nullpunktsmessung (Fig.6a) wird mit Hilfe einer ersten Platte 61 mit parallelen Flächen durchgeführt, die zwischen die beiden Abtaster 33 und 34 eingefügt ist. Der optische Kontakt wird für den Abtaster 34, mit dem das bewegliche Prisma 36 des Meß-Interferometers fest verbunden ist, an der Fläche 63 der Platte 61 hergestellt. Er wird ferner für den Abtaster 33 auf der Fläche 62 der gleichen Platte hergestellt. Die Vorwärts- und Rückwärts-Zähleraordnung wird dann auf Null eingestellt.
Die Messung der Länge L des Teils 60 (Fig.6b) wird dann dadurch vorgenommen, daß der Abtaster 34 und das zugeordnete Prisma 36 veratellt werden, wobei das Teil 60 zwischen die beiden Abtaster eingefügt wird, und zwischen dem Abtaster und dem Teil 60 eine zweite Platte 61a mit parallels! Flächen eingefügt wird, die der ersten Platte 61 exakt gleich ist, und
109841/129»
daß üer optische Kontakt jedes der beiden Abtaster mit den reflektierenden Flächen des Teils 60 dadurch hergestellt wird, daß das Teil 60 in Bezug auf den Abtaster 33 verstelltv wird und dann der Abtaster 34 in.Bezug auf das so eingestellte Teil 60 verstellt wird. Der Meßwert der länge I· ist durch die Zahl der Interferenzstreifen und Bruchteile von Interferenzstreifen gegeben, die bei der Verstellung des Prismas 36 gezählt werden.
Die beschriebenen optischen Abtaster ermöglichen somit die Einstellung von Teilen und die Durchführung von Messungen mit einer sehr großen Präzision. Sie können verhältnismäßig einfach angewendet werden und weisen nicht die Nachteile der mit mechanischem Kontakt arbeitenden Abtaster auf, bei denen die Berührungsgenauigkeit wesentlich geringer ist, noch die Nachteile der bisher bekannten optischen Abtaster, deren Anwendung im allgemeinen sehr schwierig ist.
Patentansprüche
109841/1298

Claims (12)

  1. Patents nsprüche
    211347?
    Optischer Abtaster zur Anzeige des Längenunterschieds zwischen zwei optischen Wegen eines Michelson-Interferometers, dem eine Strahlungsenergiequelle zugeordnet ist, wobei die beiden optischen Wege zwischen einer haIbreflektierenden Fläche und einer ersten bzw. einer zweiten reflektierenden Fläche enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die .Strahlungsenergiequelle ein Emissionsspektrum aufweist, das zwei verschiedene Spektralbereiche umfaßt, daß zwei photq-
    | elektrische Wandleranordnungen so angebracht sind, daß sie die
    von den Flächen reflektierten EnergiebruchteiIe auffangen, daß eine Einrichtung zur periodischen Modulation der Länge eines der beiden Wege mit einer vorbestimmten Frequenz vorgesehen ist, daß eine bei dieser Frequenz arbeitende Synehrondemodulatoranordnung vorgesehen ist, deren Eingang die tiberlagerten A usgangssignale der photoelektrischen . . Wandleranordnungen zugeführt werden, daß an den Eingang der Synchrondemodulatoranordnung eine Schwellenwert-Auslöseschaltung angeschlossen ist, welche eine Koinzidenzschaltung steuert, deren Signal eingang mit dem Ausgang der Synchrondemodulatoranordnung verbunden ist, daß der Ausgang der Koinzidenzschaltung mit einer Anzeigevorrichtung für den
    P Längenunterechied verbunden ist, und daß die erste photoelektrische Wandleranordnung für den einen Spektral bereich und die zweite photoelektrische V/anlderanordnung für den anderen Spektralbereich empfindlich sind.
  2. 2. Optischer Abtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung einen mit einer der Flächen fest verbundenen elektromechanischen Wandler und einen den Wandler mit einer Spannung der vorbestimmten Frequenz speisenden Wechselstromgenerator enthält, und daß die Synchrondemodulatoranordnung diese Spannung empfängt.
    109941/1298
    7113477
  3. 3. Optischer Abtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwert-Auslöseschaltung durch eine Schmitt-Kippschaltung gebildet ist, deren Eingang mit dem Eingang des Demodulators über ein Tiefpaßfilter verbunden ist.
  4. 4. Optischer Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung durch ein N ul la η ze ige gerät gebildet ist.
  5. 5. Optischer Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die halbreflektierende Fläche durch die gemeinsame Fläche von zwei gleichen Prismen gebildet ist, die zweite Flächen haben, die in einer Ebene senkrecht zu der gemeinsamen Fläche liegen, und dritte Flächen, die unter einem Winkel zu den beiden anderen Flächen angeordnet sind, daß die reflektierenden Flächen parallel zu der Ebene der zweiten Flächen liegen und daß die Lichtstrahlen senkrecht auf die reflektierenden Flächen auftreffen.
  6. 6. Optischer Abtaster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der reflektierenden Flächen durch zwei sich teilweise überlappende Reflektorglieder gebildet ist, deren reflektierende Flächen ineiner gemeinsamen Ebene liegen.
  7. 7. Meßbank mit optischen Abtastern nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die Messung des Abstands zwischen den reflektierenden und zueiiander parallelen Endflächen eines Gegenstands, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der beiden Enden der Meßbank ein optischer Abtaster angebracht iat, daß ein Schlitten entlang der Meßbank gleitbar ist, daß eine Interferometeranordnung zur genauen Messung der Verstellung des Schlittens
    109841/1298
    vorgesehen ist, daß eine der reflektierenden Flächen des optischen Abtasters durch eine reflektierende Fläche des Gegenstands gebildet ist, daß die andere reflektierende Fläche des optischen Abtasters fest mit dem Schlitten verbunden ist, und daß die reflektierenden Flächen des Gegenstands senkrecht zu der Verstellrichtung des Schlittens . liegen.
  8. 8. Meßbank nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand eine lichtdurchlässige Platte mit zwei parallelen, reflektierenden Flächen ist.
  9. 9. Meßbank nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferometeranordnung im Innern eines Gehäuses untergebracht ist, in dem ein Vakuum besteht.
  10. 10. Meßbank nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch optische Einrichtungen zur Überprüfung der richtigen Lage der jedem der optischen Abtaster zugeordneten reflektierenden Flächen.
  11. 11. Meßbank nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einer der optischen Abtaster auf einem
    | entlang der Meßbank gleitbaren Schlitten', »entiert ist.
  12. 12. Meßbank nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Abtaster auf der Meßbank befestigt sind, und daß die Strahlungsenergie von einer einzigen Strahlungsenergiequelle zu den beiden optischen Abtastern geliefert wird.
    1098417129»
DE19712113477 1970-03-20 1971-03-19 Optischer Abtaster und Messanordnungen mit solchen optischen Abtastern Pending DE2113477A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR7010163A FR2082618A5 (de) 1970-03-20 1970-03-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2113477A1 true DE2113477A1 (de) 1971-10-07

Family

ID=9052650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19712113477 Pending DE2113477A1 (de) 1970-03-20 1971-03-19 Optischer Abtaster und Messanordnungen mit solchen optischen Abtastern

Country Status (3)

Country Link
US (1) US3738754A (de)
DE (1) DE2113477A1 (de)
FR (1) FR2082618A5 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4377036A (en) * 1980-02-21 1983-03-22 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Precision measuring apparatus having a measuring interval sealed from environmental influences
DE3429684A1 (de) * 1984-08-11 1986-02-13 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Positionsmesseinrichtung
DE4100773C2 (de) * 1991-01-12 1999-09-30 Zeiss Carl Jena Gmbh Interferometrische Längenmeßeinrichtung

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS578402B2 (de) * 1973-12-28 1982-02-16
CH602974A5 (de) * 1974-12-20 1978-08-15 Heidenhain Gmbh Dr Johannes
US4280054A (en) * 1979-04-30 1981-07-21 Varian Associates, Inc. X-Y Work table
JPH064246Y2 (ja) * 1987-04-08 1994-02-02 工業技術院長 分離型レ−ザ干渉計
GB9026622D0 (en) * 1990-12-07 1991-01-23 Ometron Limited Apparatus for the measurement of surface shape
US5583636A (en) * 1991-10-23 1996-12-10 Bulow; Jeffrey A. Interferometric modulator for optical signal processing
US7110121B2 (en) * 1997-03-04 2006-09-19 Excel Precision, Inc. Rotation and translation measurement
US7027162B2 (en) * 2004-08-16 2006-04-11 Lau Kam C System and method for three-dimensional measurement
WO2010085632A2 (en) * 2009-01-23 2010-07-29 University Of Washington Virtual core flow cytometry

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3436153A (en) * 1965-10-05 1969-04-01 Atomic Energy Commission Object measuring by interferometry
US3572935A (en) * 1968-10-09 1971-03-30 Nasa Fringe counter for interferometers

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4377036A (en) * 1980-02-21 1983-03-22 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Precision measuring apparatus having a measuring interval sealed from environmental influences
DE3429684A1 (de) * 1984-08-11 1986-02-13 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Positionsmesseinrichtung
DE4100773C2 (de) * 1991-01-12 1999-09-30 Zeiss Carl Jena Gmbh Interferometrische Längenmeßeinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
FR2082618A5 (de) 1971-12-10
US3738754A (en) 1973-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2235318C3 (de) Verfahren zur opto-elektronischen Messung der Entfernung und der Höhendifferenz und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
DE4422641C2 (de) Optisches Wellenmeßgerät
EP0509979B1 (de) Photoelektronische Positionsmesseinrichtung
DE3306709C2 (de)
DE2637361A1 (de) Vorrichtung zum messen der bewegung eines ersten teiles relativ zu einem zweiten teil
DE69303464T2 (de) System zur interferometrischen Detektion und Lokalisierung von reflektierenden Defekten in Lichtleiterstrukturen
DE1447253B2 (de) Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen interferometriscverfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen interferometrisc
DE3904898A1 (de) Optischer kodierer
DE69631400T2 (de) System für das Messen von Dünnfilmen
DE3727188A1 (de) Optische verschiebungserfassungseinrichtung
DE2306091B2 (de) Interferenz-Refraktometer
DE3816247A1 (de) System zur entfernungsmessung
DE2904836C2 (de)
DE2113477A1 (de) Optischer Abtaster und Messanordnungen mit solchen optischen Abtastern
DE69216464T2 (de) Apparat zum Messen der Wellenlängenvariation
DE3300369C2 (de)
DE1253468B (de) Vorrichtung zur Bestimmung der Entfernung zu einem Reflektor
DE2650422B1 (de) Abstandsmessgeraet
DE3528259A1 (de) Verfahren und anordnung zur interferometrischen laengenmessung mit halbleiterlasern als lichtquelle
DE69126918T2 (de) Messverfahren des Einfallwinkels eines Lichtstrahls, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie deren Verwendung zur Entfernungsmessung
DE2628836C3 (de) Optischer Phasendiskriminator
EP1255365A2 (de) Anordnung und Verfahren zur Überwachung der Performance von DWDM Mehrwellenlängensystemen
DE4133131C2 (de) Anordnung zum Bestimmen von die Lichtintensität beeinflussenden chemischen und/oder physikalischen Größen
DE68925212T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur determination des oberflächenprofils von diffus-reflektierenden objekten
DE69206297T2 (de) Optischer Spannungsdetektor.